井下低压供电漏电安全隐患及控制

２０１６年第９期（总第１３２期）　ＥＮＥＲＧＹ　ＡＮＤ　ＥＮＥＲＧＹ　Ｃ０ＮＳＥＲＶＡＴ１０Ｎ　钰ｉ夏．昙；　｛Ｉ耋　２０１６年９月　井下低压供电漏电安全隐患及控制　张　嘉　（山西西山煤电股份有限公司镇城底矿，山西古交０３０２０３）　摘要：　井下作业是当今煤炭开采的主要作业形式，井下低压供电漏电安全隐患已经成为影响企业收益及工作人员安　全的重要问题，通过分析井下低压供电漏电的原理，总结几种现有的漏电保护选线方式，希望能对井下漏电的控制起到　借鉴作用。　关键词：　井下；低压供电；漏电；安全隐患；控制　中图分类号：ＴＤ６１　文献标识码：　Ａ　文章编号：　２０９５—０８０２一（２０１６）０９—００２８—０２　Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｈａｚａｒｄ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　Ｌｅａｋａｇｅ　ｉｎ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　’　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａ　（Ｚｈｅｎｃｈｅｎｇｄｉ　Ｍｉｎｅ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｘｉｓｈａｎ　Ｃｏａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕｊｉａｏ　０３０２０３，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｗｏｒｋ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｔｏｄａｙ　Ｓ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｓａｆｅｔｙ　ｈａｚａｒｄ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｌｅ－　ａｋａｇｅ　ｉｎ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｓｓｕｅ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｃｏｒｐｏｒａｔｅ　ｅａｒｎｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｓｔａｆｆ　ｓａｆｅｔｙ．Ｂｙ　ａｎａ－　ｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｌｅａｋａｇｅ　ｉｎ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｅａｋａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ，ｈｏｐｉｎｇ　ｔｏ　ｐｌａｙ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｌｅａｋａｇｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ；ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ；ｅｌｅｃｔｉｒｃｉｔｙ　ｌｅａｋａｇｅ；ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｓａｆｅｔｙ　ｈａｚａｒｄ；ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｏ引言　中国是一个产煤与耗煤大国，煤炭作为生活和工　业的主要能源是非常重要的，采煤涉及到井下作业，　考虑到井下的复杂情况，一般煤矿生产都采用电力作　为能源，煤矿中的许多机器都是由低压馈电开关来控　制的。由于井下空气潮湿、环境恶劣、空间狭窄等因　素，容易使煤矿井下的电缆及电气设备受到损伤，损　坏绝缘体而导致漏电事故的发生。相关数据表明，煤　矿井下所发生的瓦斯事故、煤尘爆炸和电雷管先期爆　炸等均是漏电引起的。因此电力系统的运行状态和安　全性将直接影响煤矿生产的正常运作和工作人员的安　全，而仅仅依靠地下变电站工作人员的观察，并不能　清楚地确定井下电力系统全部和局部运行是否安全，　不能获得电力系统的实时状态及数据，电力系统的安　全性、稳定性无法保证，导致电力系统不能及时进行　维护和调整，以致事故常发，对煤矿的安全生产产生　了严重影响。为了改善以上状况，在井下低压馈电开　关上应当安装漏电保护装置。　械化采区动力电压要求）。通过负载能力不同的矿用电　缆将已经降压的低压电分别配送到负荷调配中心、馈　电开关及大容量变电分站等设备上，同时往这些装备　上加装保护装置，向井下主要生产机器，如采煤机、　刮板机、转载机、破碎机和运输机等生产设备供电，　这就是井下低压供电的配电网络。　现在井下供电系统常采用的供电系统有中性点直　接接地系统、中性点不直接接地系统。在中国现有的　煤矿井下供电系统中，主要采用中性点不直接接地系　统，该系统具有较大的零序阻抗值，普遍比其它阻抗　值高，所以当井下发生漏电或电路短路故障时，在事　发地点产生的电流较小，不易对人员和机器产生较大　危害，所以中性点不直接接地系统被广泛采用＿ｌ】。　２井下漏电保护装置　在井下，绝大多数供电线路都选用矿用电缆，由　于井下条件简陋，活动空间狭窄，电缆易被外物碰到，　从而使输电线路的绝缘层受到较大损坏，易发生漏电，　从而引发安全事故，如瓦斯爆炸、煤尘爆炸等，所以　在井下加装漏电保护装置是非常需要的。　２．１　井下漏电保护装置的作用　２．１．１　防止漏电而引爆瓦斯和煤尘　瓦斯是一种易燃气体，极易引起瓦斯爆炸，当瓦　斯混合空气且浓度在５％～ｌ５％时，如果遇到合适的温　度，瓦斯会剧烈燃烧而产生爆炸。井下电缆保护少，　相对其它电气设备来说更容易遭受损坏，如果电缆绝　缘层被破坏，会产生漏电流。由于瓦斯被点燃所需要　的能量很低，如果漏电产生的电弧击穿空气，就会使　１井下低压供电概述　现在中国煤矿井下大部分供电网络采用１０　ｋＶ或６　ｋＶ双回路方式向井下供电，送到井下后配送至不同容　量的井下变压器，降压到０．３８　ｋＶ、０．６６　ｋＶ（井下低压　动力设备电压要求）或１．１４　ｋＶ、３－３　ｋＶ（井下综合机　收稿日期：２０１６—０５—２６　作者简介：张嘉，１９８７年生，男，山西怀仁人，２０１２年毕业于山　西大同大学机械设计制造及其自动化专业，助理工程师。　·２８·　２０１６年第９期　张嘉：井下低压供电漏电安全隐患及控制　２０１６年９月　漏电流成为瓦斯爆炸的火源，而加装了漏电保护装置　以后，能对漏电做出检测，可以提前采取措施，从而　降低了瓦斯爆炸、煤尘爆炸发生的概率翻。　２．１．２防止漏电而引爆电气雷管　电气雷管在煤矿开采中有广泛应用，漏电可能会　引爆电气雷管，导致安全事故的发生。而且如果电气　雷管被引爆，就意味着有极高的电流，高于人体安全　电流，如果流经人体，对生命安全也有极大影响。而　加装漏电保护装置能有效防止漏电流引爆电气雷管。　有回路才能使零序电流流通，单相漏电中线路的零序　电流都需要通过故障的接地点来构成回路；ｂ１漏电故　障线路中的零序电流是所有线路中零序电流的总和，　如果线路为正常线路，则零序电流为零；ｃ）发生漏电　故障处的零序电流由支线流向母线；ｄ）发生漏电故障　的支线零序电流的改变慢于其电压的改变速度。　３．２选择性漏电保护原理及线路选择　３．２．１　选择性漏电保护原理　当发生漏电故障时，漏电保护器的选择性保护主　２．１．３防止漏电而损坏电气设备　要体现在两个方面：　井下电路中，电网分布密集，各种大功率电气设　ａ）纵向选择性。指井下发生漏电故障的问题线路　备较多、电流大，如果发生漏电，由于其电流比较大，　被漏电保护系统发现并被切断，同时使正常线路正常　极有可能毁坏电气设备。特别是采用的橡胶电缆发生　运行。其工作原理见图２，Ａ、Ｂｌ、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、　漏电时，如果不及时处理单相漏电故障，继续使用会　ｃ４中均装有漏电保护装置。Ａ、Ｂ１、Ｂ２是馈电开关，　使故障恶化，加剧设备老化或减少设备的使用寿命，　Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４是磁力启动器，Ｋ１、Ｋ２是漏电故障　使用漏电保护装置能减少这种事件的发生。目前漏电　点。假如漏电故障在点Ｋｌ发生，这时，ｃ４元件中的选　保护主要采用的是漏电保护器，该方法最为有效。　择性漏电保护器将会做出反应，使漏电点从整体电路　２．２漏电保护装置的基本性能　上切除。而馈电开关Ｂ２中的选择性漏电保护器不产生　ａ）可靠性。漏电时必须产生相应的作用；ｂ）灵敏　作用，整体上可以使故障部分被切除，但是正常部分　性。必须对故障有极强的检测能力；ｃ）安全性。应该　仍然保持正常运行；　以安全为主，能在故障时快速反应，在无故障时处于　Ｃ１　－＿——　戒备状态；ｄ）选择性。只对故障电流部分进行切断；ｅ）　快速性。能快速反应且切除故障部分。　Ｃ２　－＿——　３　井下漏电原理分析及控制选线方法　Ｃ３　３．１漏电原理分析　由于采用的是中性点不接地的供电方式，导致无　论发生什么故障，都不会改变线路的电压，电压依旧　图２选择性保护原理图　是－－＊Ｎ对称。以目前来说，在井下主要发生的漏电故　障为单相漏电故障。该类故障占了故障的大多数，并　ｂ）横向选择。指的是漏电故障所处支路仅被漏电　且如果漏电故障部分不及时切除，有可能会发展为短　保护系统切断，同时使其它正常的支路正常运行，如图　路，对电流影响更大。下面对常见的放射式供电系统　２，漏电保护装置位于Ａ、Ｂ、Ｃ点上。当某点如Ｋ１存在　中的单相漏电故障进行研究，该系统具体原理见图１。　漏电故障时，该漏电保护系统的磁力启动器Ｃ４或分支馈　电开关Ｂ２中的选择型漏电保护器对漏电故障做出反应，　一『ｍ　切断发生漏电故障点Ｋ１的支路，其余装置无反应［３１。　－４　Ｊ暑ｌ　。　在当前技术下，上述的纵向选择性需要依靠延迟　—　熘　时间，也就是从负荷端到电源端方向上，’逐级延时每　　／／＼岳　．　：　个漏电保护装置。当其中·处发生故障时，附近的漏　，　／／／、　／／’∞　’一　～电保护装置能迅速反应，负荷端离漏电故障处较近时，　—　）暑ｌ　。　因为离负荷端较近的漏电保护器及时反应并切除故障　一毋熘　部分，由于该装置特有的延时性，当故障线路被切除　后，它又回到初始位置，从而达到保护的目的。漏电　，　＼　～　一一　＋　，　故障可以运用选择性漏电保护理论来解决，这会大大　一）兰Ｉ　。　Ｉ　，　提高井下生产效率。　３．２．２漏电故障线路的选择　ｃ　／／／＾、　／／　‘／／＼熘　母　．、÷』０　　漏电故障线路多种多样，选择好的线路能提高作　业安全性，对于上述的单相漏电故障来说，简单介绍　，Ｊ．电感；Ｃ．电容；Ｒ．电阻；，．电流　下列三种选线法：附加直流电源法、群体比幅比相法、　图１放射式供电系统　零序电流幅值比较法。　零序电压、零序电流、漏电电流是单相漏电故障　ａ）附加直流电源法。当故障发生时，电网与地面　中不可避免接触到的几个物理量，它们有以下规律：ａ）　（下转５５页）　·２９·　２０１６年第９期　杜子飞：矿井地质测量空间信息系统探究　２０１６年９月　的数据端口，并采用两级管理模式，以便技术人员信　息录入、修改操作与其他使用者信息查询操作不冲突。　２．１．２现有信息与图纸的利用　矿井在以往的生产实践中积累了数量庞大的生产　数据信息与各类地质图纸，这些对矿井整体地质情况　及生产中未来可能产生的意外事故的处理有积极的借　鉴作用。所以，在空间信息系统的构建中应当重视对　现有地质数据信息及图纸的利用。但需要注意的是，　在进行现有图纸及数据信息录入中必须由专业的技术　人员操作，对各类数据进行矢量处理，以便系统调用。　２．１．３借助其它软件获取数据　含水层等方位和赋存形态及井下各井巷间位置关系，　是探究井下地质构造形态、绘制其它综合性图纸、开　展采掘设计、储量分析等工作的必要基础，其常见类　型如下图２所示。　图２剖面图示意图　ＣＡＤ、ＭａｐＧＩＳ、ＭａｐＩｎｆｏ等绘图软件作为矿区地质　图纸测绘中常用软件，长期以来累积了数量庞大的地　质资料，借助空间信息系统布设的数据接口，将其它　软件数据导入系统中，可以有效充实系统数据库。　２．２　ＧＩＳ数据平台的构建　运用ＯＭＴ软件开发手段，针对系统构建中存在的　问题进行抽象建模，从而更好地实现关键空间信息的　定位。ＧＩＳ数据平台的构建囊括一系列对象、针对各对　象的操作及操作实施准则等，因此对其而言具备层次　结构的数据框架是最为适宜的构建选择，这不仅有利　于数据管理，更能极大地便利数据描述。在这种层次　框架中，所有对象均由成员数据和相应操作构成，借　助对象的继承性与封装性能够提升软件的模块化水准，　从而大幅增加操作性、维护性及稳定性。　２．３专业图形的自动生成　２．３．１柱类图形的生成　２．３．３平面图形的处理　井下地测数据的绘制中，区域边界、煤层高度分　布等内容多选用平面图形进行描述。对平面图形进行　处理时，应注重几个关键要点的处置：地质复杂时的　ＴＩＮ生成，平、剖面图形的自动对应与修改，平面图储　量的合理计算，巷道等工程在平面图上的自行延伸等。　３结语　在对原有地质资料数据进行分析的基础上，通过　运用现代化信息技术，构建覆盖全矿井的地质测量空　间信息系统是实现井下地质勘测精度提升、确保井下　生产作业安全高效进行的有利保障。矿井管理层应投　入资金，组建专业人员开展深入探究，在立足自身地　质实际的基础上，构建具有针对性的地质测量空间信　息系统，从而为企业的长久发展奠定基础。　参考文献：　［１］蔡万明，刘欢欢．地测空间信息系统在煤矿地质测量中的应用　［Ｊ］．中州煤炭，２０１０（１）：７２．　．　［２］孙瑛琳．空间信息系统在煤矿地质测量的关键技术研究［Ｊ］＿　煤炭技术，２０１０，２９（２）：１５２—１５４．　［３］苏艳民，姜雁．空间信息系统在煤矿地质测量中的技术研究　［Ｊ］＿黑龙江科技信息，２０１０（２６）：８１．　（责任编辑：季鑫）　·ｏ●０●◇●０●０●＜＞·◇●◇●◇●０●０●０●ｏ●ｏ●ｏ●０●◇●◇●０●ｏ●ｏ●＜＞●＜＞●　柱状图形作为最为常见的地质图纸类型，是对钻孔　通过范围内各地层特性具体描述。在绘制中必须恰当排　布各岩性符号、说明文字及各栏间的相互协调，并注意　对柱状图格式的自由定义及测井曲线的自动绘制［３］。　２．３．２剖面类图形处理　剖面图主要用于对剖面上不同煤层，描述岩层、　０●◇●０●０●ｏ●ｏ●０●０●ｏ●ｏ·ｏ●０●ｏ●０·＜＞·◇●◇●０●０·０·◇●◇●ｏ●０●ｏ（上接２９页）　容电流较小，漏电保护装置拒动现象发生概率较高。　的绝缘电阻的下降最容易检测到，在已有电网上加上　足够电压的直流电源，使其连接电网与大地，故障时　该电路上存在直流电流。对该电流检测就可以判断出　故障是否存在。这种方法的优点是即使电网的绝缘电　阻不是大幅度跳跃，依然可以检测出故障线路；ｂ）群　体比幅比相法。此种方法用零序电流比较，选出幅度　跳跃较大的零序电流，以此作为基础，对其它的线路　相位进行对比，得到相位方向不同于其它线路的线路，　就是故障线路，这种方法不能忽略电流互感器电流不　平衡及其它电阻大小的影响；ｃ）零序电流幅值比较法。　零序电流一个特点，故障电流的零序电流大于正常电　路，可以用这个原理来辨别故障与非故障线路，从而　发现故障电路并把它切断。当然这种方法对于接地点　过渡电阻较大的情况来说不适用，因为这种情况下电　４结语　在现阶段的中国，煤炭仍然作为最主要的能源，　煤炭开采具有高危险性，因此选择正确的漏电保护装　置是保证工作人员安全和生产正常进行的重要保障，　希望通过论述，能对井下低压供电漏电安全防护做出　些贡献。　参考文献：　一［１］牟龙华．可通信式智能选择性漏电保护系统的研究［Ｊ］．电工　技术学报２００３，１８（Ｉ）：８２—８６．　［２］于群．基于电流补偿法的矿井高压电网漏电保护系统［Ｊ］．　煤矿机电，２００４，３５（３）：３１—３３．　［３］赵新奇．浅析煤矿井下供电系统漏电保护［Ｊ］．科技信息，２０１０　（２０）：３２９．　（责任编辑：季·鑫）　５５·